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KR102815862B1 - 그라비아 인쇄용 친환경 수계 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법 - Google Patents

그라비아 인쇄용 친환경 수계 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법 Download PDF

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KR102815862B1
KR102815862B1 KR1020240095618A KR20240095618A KR102815862B1 KR 102815862 B1 KR102815862 B1 KR 102815862B1 KR 1020240095618 A KR1020240095618 A KR 1020240095618A KR 20240095618 A KR20240095618 A KR 20240095618A KR 102815862 B1 KR102815862 B1 KR 102815862B1
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KR
South Korea
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printing
ink composition
film
solvent
pigment
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KR1020240095618A
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English (en)
Inventor
신현욱
신현태
Original Assignee
(주)원광지앤피
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Publication date
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Abstract

본 발명에 따른 그라비아 인쇄용 친환경 수계 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법은 잉크 조성물에 사용되는 용매가 에탄올과 물을 주성분으로 포함하는 수계 잉크 조성물임에 따라, 종래 그라비아 인쇄 시 친환경적이지 않고, 인체에 해로우며 인화점이 낮아 인쇄 공정 시 작업자의 위험을 증대시키는 문제를 최소화할 수 있는 효과가 있다. 또한 장기간 인쇄 공정을 연속적으로 수행함에도 판 메임 문제를 최소화하여 초기 인쇄 품질을 장기간 유지할 수 있는 등 인쇄 공정의 장기 안정성이 우수한 효과가 있다. 나아가, 휘발성 유기화합물의 사용량을 최소화하여 친환경적이고 인체 안정성이 향상되면서도, 인쇄 시 종래 알코올 베이스 잉크 조성물 대비 건조성이 향상되며 인쇄속도 및 작업속도가 우수한 효과가 있으며, 발색력, 박리강도 등이 우수한 고품질의 피인쇄물을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

그라비아 인쇄용 친환경 수계 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법{Method for manufacturing packaging materials using eco-friendly ink composition for gravure printing}
본 발명은 그라비아 인쇄용 친환경 수계 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 총 휘발성 유기화합물(Total volatile organic compounds, TVOC)의 함량을 최소화할 수 있고 인쇄 시 작업자에게 안전한 환경을 조성할 수 있는 그라비아 인쇄용 친환경 수계 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법에 관한 것이다.
친환경이라는 단어는 현재 모든 산업 분야의 흐름으로 자리잡고 있다. 이는 지속 가능한 사회발전을 위한 기업과 투자자의 사회적 책임이 중요해지면서 더 가속화되고 있다.
식품 등에 사용되는 포장은 제품과 기업의 이미지를 효과적으로 표현할 수 있도록 미려한 외관을 구현하기 위해, 또한 상세내용을 표현하기 위해, 포장재의 표면부에 인쇄층을 형성한다. 이러한 인쇄층은 일반적으로 롤투롤 방식의 그라비아 인쇄 공정으로 잉크 조성물이 기재 필름에 인쇄되어 형성된다. 그라비아 인쇄는 용매의 속건성을 이용한 생산성이 높은 인쇄 방법으로, 국내 인쇄 잉크 시장의 약 30%의 점유율을 갖는 인쇄 방법이며, 여기에 사용되는 잉크 조성물은 기본적으로 안료, 바인더 수지 및 용매를 포함한다.
이러한 그라비아 인쇄 공정에 사용되는 종래 잉크 조성물은 VOC 규제물질이 사용됨에 따라 환경오염의 원인이 되며, 조성적으로 50% 이상의 휘발성 유기화합물이 용매로 사용되기 때문에 인체에 유해한 영향을 미쳐 작업환경 열악해지고, 환경오염을 유발하는 등 문제점이 있다. 구체적으로, 종래까지는 용매로 VOC 규제물질, 예를 들어 톨루엔(Toluene), 메틸에틸케톤(Methylethylketone, MEK), 에틸아세테이트(Ethyl acetate, EA), 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol, IPA) 등의 인체에 해로운 휘발성 유기화합물(Volatile organic compounds, VOC)이 주로 사용되었다. 그러나 이러한 종류의 용매는 산업안전 보건기준 관리대상 유해물질에 속하며, 이러한 유해물질을 포함하는 잉크 조성물은 총 휘발성 유기화합물(Total volatile organic compounds, TVOC)의 함량이 높아 환경오염의 원인이 될 뿐만 아니라 인체에 유해한 영향을 미치므로, 인쇄 공정 시 작업환경이 열악해지는 문제점이 있다. 특히 최근에는 안전 및 환경 문제가 더욱 중요시되면서, 휘발성 유기화합물의 사용을 최소화하기 위한 친환경적 요소가 필수적이다.
휘발성 유기화합물 사용을 최소화하기 위해, 에탄올, 물 등을 용매의 주성분으로 사용하는 잉크 조성물에 대한 연구가 활발히 진행되었다. 하지만 휘발성 유기화합물을 사용하지 않거나, 그 사용 함량을 감소시킬 경우, 휘발성 유기화합물의 특징인 휘발성이 떨어져 잉크 조성물을 인쇄할 시 건조 효율 및 인쇄속도가 저하되며, 발색력 또한 감소되는 문제가 발생한다. 따라서 고품질의 피인쇄물을 제조할 수 없을 뿐만 아니라, 건조에 필요한 열풍 공정 및 이를 위한 건조 설비에 대한 비용이 증가되는 단점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 한국등록특허공보 제10-2595107호에는 ‘알코올 베이스의 친환경 잉크 조성물을 이용한 포장재 제조 방법 및 이로부터 제조된 포장재’가 개시되어 있다. 그러나 상기 특허에서 사용된 잉크 조성물은 종래 대비 건조 효율과 발색력을 향상시는 장점은 있으나, 인쇄 공정을 지속적으로 수행할 경우, 인쇄에 사용되는 실린더의 셀에 판 메임이 발생하는 등의 이유로 초기 대비 인쇄 품질이 저하되는 단점이 있다.
특히 에탄올, 물 등을 용매의 주성분으로 사용하는 잉크 조성물을 그라비아 인쇄용으로 사용할 경우, 전술한 바와 같음 인쇄 품질 문제, 인쇄 공정 효율 문제 등이 크게 떨어져 실제 공정에 적용하고 상용화하는 것은 쉽지 않다.
구체적으로, 그라비아 인쇄는 고해상도의 인쇄 기술 중 하나로, 먼저 이미지를 실린더의 표면부에 새겨 셀이 형성된 실린더를 제작한 후, 상기 실린더의 표면부에 잉크를 공급하여 인쇄하는 방식이다. 실린더에 형성된 셀은 음각으로 형성된 홈으로서 홈 내부에 잉크가 채워진 후, 잉크가 채워진 상태의 실린더가 회전하면서 피인쇄물의 표면에 잉크가 전이되어 인쇄가 수행된다. 이러한 원리로, 지속적으로 일괄된 품질의 인쇄층이 피인쇄물에 형성되며, 동일한 실린더로 인쇄를 연속적으로 반복 수행할 경우, 실린더의 셀에 판 메임 문제가 발생할 수 있다. 실린더의 셀로부터 잉크 전이율은 약 50% 정도로 셀 전체 체적의 약 50% 정도는 셀 내에 남으며, 인쇄 중에 셀 내에 잉크 잔존율이 높을수록 잉크 전이량이 극단적으로 감소하여 인쇄 불량을 유발한다. 이렇게 잉크가 실린더의 셀 내에 잔존하면서 잉크 성분 중 용매가 증발할 경우, 잉크가 응고됨으로써 새로운 잉크의 공급률이 감소하게 되는데, 이를 ‘판 메임’이라 한다.
이에, 휘발성 유기화합물의 사용량을 감소시켜 친환경적이고 인체 안정성이 향상되며, 종래 대비 건조성 및 발색력이 우수한 것은 물론, 특히 장기간 인쇄 공정을 연속적으로 수행함에도 초기 인쇄 품질을 장기간 유지할 수 있는 등 인쇄 공정의 장기 안정성이 우수한 그라비아 인쇄용 친환경 수계 잉크 조성물을 이용한 포장재에 대한 연구가 필요하다.
한국등록특허공보 제10-2595107호 (2022.11.07)
본 발명의 목적은 잉크 조성물에 사용되는 용매가 에탄올과 물을 주성분으로 포함하는 수계 잉크 조성물임에 따라, 종래 그라비아 인쇄 시 친환경적이지 않고, 인체에 해로우며 인화점이 낮아 인쇄 공정 시 작업자의 위험을 증대시키는 문제를 최소화할 수 있는, 그라비아 인쇄용 친환경 수계 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 장기간 인쇄 공정을 연속적으로 수행함에도 판 메임 문제를 최소화하여 초기 인쇄 품질을 장기간 유지할 수 있는 등 인쇄 공정의 장기 안정성이 우수한 그라비아 인쇄용 친환경 수계 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 휘발성 유기화합물의 사용량을 최소화하여 친환경적이고 인체 안정성이 향상되면서도, 인쇄 시 종래 알코올 베이스 잉크 조성물 대비 건조성이 향상되며 인쇄속도 및 작업속도가 우수한 그라비아 인쇄용 친환경 수계 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 휘발성 유기화합물의 사용량을 최소화함에도 발색력, 박리강도 등이 우수한 고품질의 인쇄층을 형성할 수 있는 그라비아 인쇄용 친환경 수계 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법은, 잉크 조성물을 피인쇄물인 제1필름에 그라비아 인쇄하여 인쇄층을 형성하는 인쇄 단계 및 상기 인쇄층이 형성된 제1필름에 접착제를 도포하고 제2필름을 합지하는 합지 단계를 포함한다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 잉크 조성물은, a) 안료; b) 폴리우레탄을 포함하는 바인더 수지; 및 c) 에탄올, 이소프로판올, 노말프로판올 및 물을 포함하는 용매;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 잉크 조성물은 상기 안료 3 내지 15 중량%, 상기 바인더 수지 3 내지 15 중량% 및 상기 용매 70 내지 90 중량%를 포함할 수 있으며, 상기 용매는 상기 에탄올 100 중량부에 대하여 이소프로판올 0.3 내지 5 중량부, 상기 노말프로판올 5 내지 25 중량부 및 상기 물 30 내지 70 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 바인더 수지는 스티렌-아크릴레이트 수성 에멀젼 공중합체를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 바인더 수지는 상기 폴리우레탄 100 중량부에 대하여 상기 스티렌-아크릴레이트 수성 에멀젼 공중합체 100 내지 3,000 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 바인더 수지는 상기 폴리우레탄 100 중량부에 대하여 상기 스티렌-아크릴레이트 수성 에멀젼 공중합체 300 내지 3,000 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 스티렌-아크릴레이트 수성 에멀젼 공중합체는 물을 연속상으로 공중합체의 함량이 40 내지 50 중량%일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 스티렌-아크릴레이트 수성 에멀젼 공중합체는 점도가 100 내지 1,000 mPa·s(at 25℃)일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 스티렌-아크릴레이트 수성 에멀젼 공중합체는 25℃ 기준 pH가 8 내지 9이고 산가가 30 내지 100일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 스티렌-아크릴레이트 수성 에멀젼 공중합체는 유리전이온도가 -50 내지 0℃일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 인쇄 단계는, 그라비아 인쇄용 실린더를 이용하여 상기 잉크 조성물을 피인쇄물인 제1필름에 로딩하여 용매 함유 인쇄층을 형성하는 전이 단계 및 상기 제1필름을 건조하여 건조 인쇄층을 형성하는 건조 단계를 포함할 수 있다. 이때 상기 전이 단계 및 상기 건조 단계에서, 제1필름의 인쇄층이 형성된 인쇄면은 지면과 대향하는 상태에서 잉크 조성물의 로딩 및 건조가 순차적으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 안료는 하기 식 1을 만족하는 무기안료일 수 있다.
[식 1]
GP/GS > 4.5
상기 식 1에서, GP는 상기 안료의 비중이고, GS는 상기 용매의 비중이다.
본 발명에 따른 그라비아 인쇄용 친환경 수계 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법은 잉크 조성물에 사용되는 용매가 에탄올과 물을 주성분으로 포함하는 수계 잉크 조성물임에 따라, 종래 그라비아 인쇄 시 친환경적이지 않고, 인체에 해로우며 인화점이 낮아 인쇄 공정 시 작업자의 위험을 증대시키는 문제를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 그라비아 인쇄용 친환경 수계 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법은 장기간 인쇄 공정을 연속적으로 수행함에도 판 메임 문제를 최소화하여 초기 인쇄 품질을 장기간 유지할 수 있는 등 인쇄 공정의 장기 안정성이 우수한 효과가 있다.
본 발명에 따른 그라비아 인쇄용 친환경 수계 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법은 휘발성 유기화합물의 사용량을 최소화하여 친환경적이고 인체 안정성이 향상되면서도, 인쇄 시 종래 알코올 베이스 잉크 조성물 대비 건조성이 향상되며 인쇄속도 및 작업속도가 우수한 효과가 있다.
본 발명에 따른 그라비아 인쇄용 친환경 수계 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법은 휘발성 유기화합물의 사용량을 최소화함에도 발색력, 박리강도 등이 우수한 고품질의 인쇄층을 형성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 잉크 조성물을 이용하여 제조된 포장재의 실제 이미지이다.
도 2는 본 발명에 따른 그라비아 인쇄용 친환경 수계 잉크 조성물의 인화점 시험 적성서를 나타낸 것이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 그라비아 인쇄용 친환경 수계 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법을 상세히 설명한다.
본 명세서에 기재되어 있는 도면은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 상기 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 몇몇의 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.
본 명세서에서 언급되는 ‘포함한다’는 ‘구비한다’, ‘함유한다’, ‘가진다’, ‘특징으로 한다’ 등의 표현과 등가의 의미를 가지는 개방형 기재이며, 추가로 열거되어 있지 않은 요소, 재료 또는 공정을 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 용어의 단수 형태는 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 수치 범위는 하한치와 상한치와 그 범위 내에서의 모든 값, 정의되는 범위의 형태와 폭에서 논리적으로 유도되는 증분, 이중 한정된 모든 값 및 서로 다른 형태로 한정된 수치 범위의 상한 및 하한의 모든 가능한 조합을 포함한다. 또한 본 발명의 명세서에서 특별한 정의가 없는 한 실험 오차 또는 값의 반올림으로 인해 발생할 가능성이 있는 수치 범위 외의 값 역시 정의된 수치 범위에 포함된다.
본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 ‘%’의 단위는 별다른 정의가 없는 한 ‘중량%’를 의미한다.
본 발명에 따른 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법은, 잉크 조성물을 피인쇄물인 제1필름에 그라비아 인쇄하여 인쇄층을 형성하는 인쇄 단계 및 상기 인쇄층이 형성된 제1필름에 접착제를 도포하고 제2필름을 합지하는 합지 단계를 포함한다.
상기 잉크 조성물은 그라비아 인쇄용 친환경 수계 잉크 조성물이며, a) 안료; b) 폴리우레탄(Polyurethane, PU)을 포함하는 바인더 수지; 및 c) 에탄올(Ethanol), 이소프로판올(Isopropanol, IPA), 노말프로판올(Normal propanol, NPA) 및 물을 포함하는 것이 바람직하다.
특히 본 발명에서는 잉크 조성물에 사용되는 용매가 에탄올과 물을 주성분으로 포함하는 수계 잉크 조성물임에 따라, 종래 그라비아 인쇄 시 친환경적이지 않고, 인체에 해로우며 인화점이 낮아 인쇄 공정 시 작업자의 위험을 증대시키는 문제를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 잉크 조성물은 전술한 바와 같이 2종 이상의 특정 조성을 갖는 용매가 상기 안료와 상기 바인더 수지와 함께 포함됨으로써, 적절한 건조력을 가지면서도 판 메임 문제를 최소화할 수 있음에 따라, 건조 공정을 포함하는 인쇄 공정 시간을 단축하면서도 연속 인쇄 시 초기 인쇄 품질(발색력 등)을 장기간 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 잉크 조성물은 함께 후술하는 특정 조성 또는 조성비의 바인더 수지가 상기 안료와 상기 용매와 함께 포함됨으로써, 구체적으로, 상기 바인더 수지에 스티렌-아크릴레이트 수성 에멀젼 공중합체(Styrene-acrylate aqueous emulsion copolymer)가 더 포함됨으로써, 발색력 등의 인쇄 품질이 우수하면서도 판 메임 문제를 완화할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 잉크 조성물은 상기 바인더 수지와 함께 후술하는 특정 비중의 안료 및 용매가 포함됨으로써, 발색력이 현저히 향상되는 효과가 있다.
상기 용매는 에탄올, 노말프로판올 및 물과 함께 이소프로판올을 포함함으로써, 건조력(속건성)을 향상시켜 건조 공정을 포함하는 인쇄 공정 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
특히 상기 용매는 에탄올, 이소프로판올 및 물과 함께 노말프로판올을 포함함으로써, 적절한 건조력을 가져 인쇄 공정 시간이 짧으면서도, 판 메임 문제를 최소화하여 지속적으로 초기 우수한 품질의 인쇄층을 형성할 수 있는 효과가 있다. 건조력이 너무 높을 경우, 빠른 건조에 의해 안료 입자의 분포 균일성을 저하시킬 수 있어 발색력이 저하될 수 있고 인쇄층 내부의 용매가 충분히 증발하지 못하고 인쇄층 하부에 갇혀 표면의 미세 균열을 일으킬 수 있는 등의 부작용이 발생할 수 있다. 또한 건조력이 너무 높을 경우, 그라비아 인쇄 시 실린더의 셀 내부에 바인더 수지, 안료 등의 성분이 경화되어 부착됨으로써 판 메임 문제를 야기할 수 있다. 하지만 상기 용매에 노말프로판올이 포함될 경우, 적절한 건조성을 구현하여 인쇄층의 발색력 및 내구성을 향상시키는 것은 물론, 특히 판 메임 문제를 최소화할 수 있다.
바람직한 본 발명에서는, 용매 성분들 중 에탄올을 주성분으로 하고 물을 제2 주성분으로 하여, 용매 대부분의 성분이 인체 친화적인 에탄올과 물로 이루어짐에도 전술한 판 메임 최소화 효과, 우수한 건조력, 발색력 등 고품질의 인쇄층을 형성할 수 있는 효과가 있다. 구체적인 일 예로, 상기 용매는 상기 에탄올 100 중량부에 대하여 이소프로판올 0.3 내지 5 중량부, 상기 노말프로판올 5 내지 25 중량부 및 상기 물 30 내지 70 중량부를 포함할 수 있다. 이를 만족할 경우, 전술한 판 메임 최소화 효과, 우수한 건조력, 발색력 등 고품질의 인쇄층을 형성할 수 있는 효과가 극대화될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 바람직한 일 예에 따른 잉크 조성물에 사용되는 용매의 주성분은 환경부고시 제2015-181호(2015.9.11.)에 고시된 규제대상의 휘발성 유기화합물 용매를 대신하여 알코올계 또는 수계 베이스임임에 따라, 종래 대비 인체 안정성이 향상되고 친환경인 장점이 있다.
본 발명에서, 상기 바인더 수지는 폴리우레탄을 포함함으로써, 전술한 에탄올, 물 등의 친환경 용매와의 용해성, 분산성 및 상용성이 우수하고, 형성되는 인쇄층의 피인쇄물에 대한 부착성 및 내구성이 우수한 효과가 있다.
바람직한 일 예로, 상기 바인더 수지는 스티렌-아크릴레이트 수성 에멀젼 공중합체를 더 포함할 수 있다. 이를 만족할 경우, 판 메임 문제를 완화할 수 있으면서, 형성되는 인쇄층의 발색력이 향상되는 효과가 있다. 상술한 바와 같이, 그라비아 인쇄 시 지속적인 인쇄 공정으로 인하여 실린더의 셀 내부에 바인더 수지, 안료 등의 성분이 경화되어 부착되는 판 메임 문제를 야기할 수 있다. 이때 새로운 잉크 조성물이 상기 실린더 셀 내부로 공급됨으로써, 셀 내부에 부착된 바인더 수지, 안료 등의 성분의 재용해되나, 일부는 재용해되지 않아 판 메임 문제를 유발할 수 있다. 하지만 상기 스티렌-아크릴레이트 수성 에멀젼 공중합체가 바인더에 포함되어 있을 경우, 바인더수지로 폴리우레탄 단독 대비 상대적으로 바인더 수지의 재용해성이 향상되어 셀 내부에 부착된 바인더 수지, 안료 등의 성분의 재용해성을 향상시켜 판 메임 문제를 완화할 수 있다.
상기 스티렌-아크릴레이트 수성 에멀젼 공중합체는 후술하는 구체 스펙의 공중합체인 것이 전술한 효과를 더 잘 구현할 수 있는 측면에서 바람직하다.
바람직한 일 예로, 상기 스티렌-아크릴레이트 수성 에멀젼 공중합체는 물을 연속상으로 공중합체의 함량이 40 내지 50 중량%일 수 있으며, 점도가 100 내지 1,000 mPa·s(at 25℃)일 수 있다. 이를 만족할 경우, 전술한 효과를 구현할 수 있을 정도의 적절한 공중합체 함량을 가질 수 있으며, 판 메임 문제를 완화할 수 있다.
바람직한 일 예로, 상기 스티렌-아크릴레이트 수성 에멀젼 공중합체는 25℃ 기준 pH가 8 내지 9이고 산가가 30 내지 100일 수 있다. 이를 만족할 경우, 용매에 대한 안료 또는 다른 바인더 수지 성분의 분산성 및 상용성이 향상될 수 있는 효과가 있다.
바람직한 일 예로, 상기 스티렌-아크릴레이트 수성 에멀젼 공중합체는 유리전이온도가 -50 내지 0℃일 수 있다. 이를 만족할 경우, 인쇄층은 저온에서의 유연성과 탄성이 향상되어, 극저온 환경에서도 초기 고품질의 인쇄층을 유지할 수 있으며, 내충격성이 우수하여 충격을 받았을 때 쉽게 손상되지 않고 저온에서 수축하면서 발생할 수 있는 균열을 방지할 수 있는 효과가 있다.
상기 바인더 수지가 스티렌-아크릴레이트 수성 에멀젼 공중합체를 더 포함할 경우, 상기 바인더 수지는 예를 들어 상기 폴리우레탄 100 중량부에 대하여 상기 스티렌-아크릴레이트 수성 에멀젼 공중합체 100 내지 3,000 중량부를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 바인더 수지는 예를 들어 상기 폴리우레탄 100 중량부에 대하여 상기 스티렌-아크릴레이트 수성 에멀젼 공중합체 300 내지 3,000 중량부를 포함할 수 있다.
상기 폴리우레탄은 상기 용매에 잘 용해될 수 있도록 알코올 용해성 폴리우레탄인 것이 바람직할 수 있다.상기 알코올 용해성 폴리우레탄은 시판되는 공지된 것을 사용하면 무방하다.
상기 폴리우레탄의 중량평균분자량은 상기 용매와의 혼화성이 좋으면서 피인쇄물에 대한 적절한 접착력을 가질 수 있을 정도로서, 예를 들어 3,000 내지 100,000 g/mol, 구체적으로, 5,000 내지 50,000 g/mol, 보다 구체적으로 5,000 내지 20,000 g/mol일 수 있다.
상기 인쇄 단계에서 수행되는 인쇄 방법은 그라비아 인쇄(Gravure printing)로 롤투롤(Roll-to-roll) 방식의 연속 공정이며, 이를 통해 대량의 인쇄 공정이 가능하면서도, 지속적인 인쇄 공정 중에도 잉크 수용 장비에서의 증발에 의한 잉크의 농도 변화를 최소화하여, 우수하고 일정한 품질의 인쇄층을 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 인쇄 단계는, 그라비아 인쇄용 실린더를 이용하여 상기 잉크 조성물을 피인쇄물인 제1필름에 로딩하여 용매 함유 인쇄층을 형성하는 전이 단계 및 상기 제1필름을 건조하여 건조 인쇄층을 형성하는 건조 단계를 포함할 수 있다.
상기 전이 단계는 상기 잉크 조성물이 외주면에 공급된 롤 형태의 실린더를 피인쇄물인 제1필름의 일면에 접촉시켜 상기 실린더로부터 상기 잉크 조성물을 제1필름의 일면, 즉, 인쇄면에 전이(로딩)시키는 단계이다. 이렇게 제1필름의 인쇄면에 전이된 잉크 조성물은 용매 함유 인쇄층을 형성한다. 보다 구체적으로, 상기 전이는 원기둥 형태의 실린더의 표면부에 상기 잉크 조성물이 도포된 후, 상기 실린더의 표면부가 제1필름에 접한 상태에서 상기 실린더가 회전하여 상기 제1필름에 상기 잉크 조성물이 로딩되어 수행된다. 상기 실린더의 표면부는 요구 인쇄층이 제1필름에 출력될 수 있도록 요구 형상이 음각으로 조각된 다수의 셀을 포함하는 망점이 형성되어 있으며, 상기 셀을 포함하는 망점 내부에 잉크 조성물이 수용된다. 그리고 닥터 블레이드(Doctor blade)로 실린더의 표면을 긁어내어 상기 실린더의 망점 외부의 백그라운드 영역에 잉크 조성물이 존재하지 않도록 한 다음, 실린더가 회전하면서 실린더 표면부가 제1필름에 접촉함으로써 제1필름의 표면 상에 잉크 조성물이 로딩 및 전이된다.
상기 건조 단계는 상기 전이 단계를 통해 상기 잉크 조성물이 인쇄면에 로딩된 피인쇄물인 제1필름을 건조하는 단계로, 상기 잉크 조성물 내 용매가 증발 및 제거됨으로써, 제1필름의 인쇄면에 형성된 용매 함유 인쇄층이 고상의 건조 인쇄층으로 전환된다. 이때 건조 온도 및 건조 시간은 용매 함유 인쇄층의 용매가 모두 제거될 수 있을 정도로서, 예를 들어 40 내지 90℃ 및 0.5 내지 100 분 동안 수행될 수 있다.
바람직한 일 예로, 상기 전이 단계 및 상기 건조 단계에서, 제1필름인 제1필름의 인쇄층이 형성된 인쇄면은 지면과 대향하는 상태에서 잉크 조성물의 로딩 및 건조가 순차적으로 수행되는 것이 좋다. 중력 방향을 기준으로 제1필름의 하측에 실린더가 위치하고, 제1필름의 하면에 실린더의 외주면이 접촉함으로써 용매 함유 인쇄층이 제1필름의 하면에 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 이어서 중력 방향을 기준으로 제1필름의 인쇄면이 지면을 향한 상태로 건조되는 것이 바람직할 수 있다. 이처럼 아래에서 위를 향하여 인쇄 및 건조가 수행될 경우, 용매 함유 인쇄층의 용매 및 바인더 수지 내에 분산되어 존재하는 입자상의 안료가 중력에 의해 인쇄층의 표면 측으로 지면을 향하여 침강함으로써, 안료의 색을 더 잘 나타낼 수 있다.
보다 구체적으로, 입자 상의 안료는 일반적으로 용매보다 비중이 큼에 따라 아래로 침강하므로, 일반적인 상부 인쇄 방법의 경우, 바인더 수지로 형성된 매트릭스의 하부에 안료가 분산되어 위치할 확률이 높아진다. 일반적인 상부 인쇄 방법에서는 상기 바인더 수지로 형성된 매트릭스의 상부는 인쇄층의 표면부가 되므로, 인쇄층의 표면부에는 안료가 위치할 확률이 낮아 발색력을 떨어뜨릴 수 있다. 반면 하부 인쇄 방법의 경우, 인쇄층의 표면이 지면을 향한 상태에서 인쇄가 수행되므로, 인쇄층의 표면부에 안료가 위치할 확률이 높아진다. 따라서 안료의 색을 더 잘 나타낼 수 있어 발색력이 더 우수한 인쇄층이 형성될 수 있는 효과가 있다.
이처럼 하부 인쇄 방법, 즉, 중력 방향의 역방향인 지면에서 천장 방향으로 피인쇄물인 제1필름의 하면을 인쇄면으로 하여 그라비아 인쇄가 수행될 경우, 형성되는 인쇄층의 발색력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 상기 잉크 조성물은 그라비아 인쇄용 친환경 잉크 조성물로서, 안료가 중력 방향으로 더 잘 침강하도록 함으로써, 인쇄층의 표면부에 안료가 위치할 확률이 크게 증가함으로써 인쇄층의 발색력이 크게 향상될 수 있다.
상기 안료는 유기안료, 무기안료 등 다양한 종류의 안료가 사용될 수 있다.
구체적인 일 예로, 상기 유기안료는 예를 들어 아조계 안료, 프탈로시아닌계 안료, 니트로소계 안료, 알리자린계 안료, 아닐린계 안료 및 축합다환계 안료 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
구체적인 일 예로, 상기 무기안료는 예를 들어 산화물, 수산화물, 황화물, 페로시안화물, 크롬산염, 규산염, 황산염, 탄산염, 인산염, 탄소 화합물 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 성분을 포함할 수 있다. 이러한 무기안료의 예로 광물성 무기안료가 사용될 수 있다.
상기 안료의 평균입경은 잉크 조성물 내에 잘 분산될 수 있으면서 요구 발색력을 구현할 수 있을 정도로서, 예를 들어 1 내지 10 ㎛인 것이 바람직할 수 있다.
바람직하게는, 상기 안료는 하기 식 1을 만족하는 무기안료가 사용되는 것이 좋다.
전술한 바와 같이, 상기 인쇄 단계에서, 인쇄면이 지면과 대향하는 상태에서 잉크 조성물의 전이 및 건조가 수행되는 하부 인쇄 방법이 수행될 때, 상기 잉크 조성물 내 안료가 하기 식 1을 만족하는 무기안료일 경우, 즉, 용매에 비해 상대적으로 더 비중이 높은 안료가 사용될 경우, 인쇄층의 건조 과정에서 침강속도를 더 증가시켜, 발색력을 크게 향상시킬 수 있다.
[식 1]
GP/GS > 4.5
상기 식 1에서, GP는 상기 안료의 비중이고, GS는 상기 용매의 비중이다.
보다 바람직하게는, 상기 안료로 하기 식 2를 만족하는 무기안료가 사용될 경우, 발색력을 더 크게 향상시킬 수 있다.
[식 2]
GP/GS > 6
상기 식 2에서, GP는 상기 안료의 비중이고, GS는 상기 용매의 비중이다.
바람직한 일 예로, 상기 안료의 비중은 2.5 내지 10, 구체적으로 4 내지 10, 더 구체적으로 5 내지 10일 수 있다.
바람직한 일 예로, 상기 용매의 비중은 전술한 용매의 조성 및 조성비에 의해 결정될 수 있으며, 예를 들어 0.6 내지 1.3, 구체적으로 0.7 내지 1.2, 보다 구체적으로 0.8 내지 0.9일 수 있다.
본 발명에 따른 잉크 조성물의 안료, 바인더 수지 및 용매의 조성비는 예를 들어, 안료 3 내지 15 중량%, 바인더 수지 3 내지 15 중량% 및 용매 70 내지 90 중량%를 포함하는 조성비를 만족하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명에 따른 잉크 조성물은 에탄올과 물을 주성분으로 포함함으로써, 인화점이 45℃ 이하, 구체적으로, 43℃ 이하, 보다 구체적으로 41℃ 이하일 수 있다. 따라서 인쇄 시 작업자의 안전을 도모하고, 화재로부터 발생하는 피해를 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 잉크 조성물은 전술한 조성 및/또는 조성비를 가짐으로써, 판 메임 문제를 최소화하여 저심도의 셀을 포함하는 망점의 실린더가 사용 가능하여 잉크 소모를 완화할 수 있는 효과가 있다. 저심도 망점의 실린더가 사용될 경우, 잉크 소모를 감소시킬 수 있으나, 판 메임 문제가 조금만 발생하여도 셀 내부가 금방 막혀 요구 인쇄층을 형성할 수 없는 부작용이 있을 수 있으나, 전술한 조성 및/또는 조성비를 가지는 잉크 조성물은 이러한 부작용을 최소화할 수 있다.
구체적인 일 예로, 상기 실린더는 레이저로 망점이 형성된 저심도 레이저 실린더일 수 있으며, 선수가 160 내지 250 선, 조각 심도가 10 내지 20 ㎛인 것이 사용될 수 있다.
본 발명에 일 예에 따른 잉크 조성물은 물성, 가공성, 작업성, 저장 안정성 향상 측면에서 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 잉크 조성물이 첨가제를 더 포함할 경우, 각 첨가제의 기능을 구현할 정도로서 예를 들어 0.1 내지 5 중량%로 포함할 수 있다. 상기 첨가제의 종류로, 인쇄성 향상 보조제, 저장 안정성 향상제, 가공성 향상제, 점도 조절제, 건조 조절제, 산화제, 소포제, 가소제, 광안정제, 마찰 방지제, 얼룩 방지제, 내스크레치제, 분산제, 피막보강제, 블로킹 방지제, 정전기 방지제, 접착보강제, 내열보강제 및 전이성개량제 등에서 선택되는 어느 하나 이상이 사용될 수 있다. 인쇄성 향상 보조제 또는 저장 안정성 향상제의 구체적 예로, 로진 변성 수지 등이 있고, 가공성 향상제의 구체적 예로, 왁스 등이 있으며, 상용화된 시판 제품들을 사용하면 무방하다. 상기 왁스의 구체적 예로, 파라핀 왁스, 몬탄 왁스, 사솔 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 폴리프로필렌 왁스, 피셔-트로 왁스, 오피 왁스, 마이크로크리스탈린 왁스와 같은 각종 합성 왁스류, 석유계 왁스, 탄화수소계 왁스, 미리스틱 산, 팔미틱 산, 스테아릭 산과 같은 지방산들 및 이들의 유도체, 광물계 왁스, 카나우바 왁스, 칸델라 왁스 및 밀납 왁스 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
상기 인쇄 단계의 그라비아 인쇄는 인쇄라인과 건조라인이 분리된 인쇄 장치 내에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 분리된 인쇄 장치 내에서 요구 인쇄층이 인쇄된 포장재를 제조함으로써, 잉크 사용량을 저감할 수 있으면서도 발색력 등의 인쇄 품질이 우수한 포장재를 제조할 수 있다.
구체적으로, 상기 인쇄 장치는 피인쇄물에 그라비아 인쇄를 하는 복수의 인쇄유닛을 포함하는 인쇄라인; 피인쇄물을 건조시키기 위해 상기 복수의 인쇄유닛 각각에 외부공기를 가열한 열풍을 급기하고, 상기 피인쇄물을 건조시키기 위해 상기 복수의 인쇄유닛에서 사용된 상기 열풍을 외부로 배기하는 복수의 건조유닛을 포함하는 건조라인; 및 상기 인쇄라인과 상기 건조라인 사이에 마련되어, 상기 건조라인이 배치되는 열풍순환실을 상기 인쇄라인이 배치되는 인쇄실로부터 독립시키는 분할벽체를 포함하고, 상기 열풍순환실은, 외부공기가 유입되는 복수의 유입구; 및 상기 유입구에 결합되어 유입되는 외부공기에 포함된 불순물을 거르는 필터를 포함하며, 상기 건조유닛은, 상기 인쇄유닛의 일측에 결합되고, 상기 열풍을 상기 인쇄유닛에 공급하는 급기모듈; 및 상기 급기모듈의 상부에 배치되고, 상기 인쇄유닛의 상부에 마련되어 상기 인쇄유닛에서 사용된 상기 열풍을 흡기하는 배기모듈을 포함하고,
상기 급기모듈은, 외부공기를 상기 인쇄유닛으로 공급하는 송풍부; 외부공기를 가열시킬 수 있는 히팅부; 및 상기 히팅부를 제어하여 상기 인쇄유닛으로 공급되는 공기의 온도를 조절할 수 있는 온도조절부를 포함하며, 상기 건조유닛은, 상기 급기모듈의 하부에 배치되고, 상기 인쇄유닛의 하측에 마련된 잉크의 휘발성 유해물질을 흡기하는 흡기모듈; 및 상기 건조유닛의 상부에 배치되고, 상기 배기모듈 및 상기 흡기모듈과 결합되며, 상기 배기모듈에서 흡기한 상기 열풍 및 상기 흡기모듈에서 흡기한 상기 잉크의 휘발성 유해물질을 외부로 배출하는 배기덕트를 더 포함하고, 상기 배기덕트는, 상기 열풍순환실의 상부에 길이방향으로 한 개가 구비되고, 복수의 상기 배기모듈 및 복수의 상기 흡기모듈과 각각 결합될 수 있다.
상기 분할벽체는, 상기 열풍순환실에서 발생되는 소음이 상기 인쇄실로 전달되는 것을 차단할 수 있는 재질일 수 있다.
인쇄 장치는, 복수의 인쇄유닛을 포함하는 인쇄라인, 복수의 건조유닛을 포함하는 건조라인 및 분할벽체를 포함한다.
다음으로 상기 인쇄 장치를 이용한 인쇄 공정의 흐름을 설명한다.
인쇄유닛은 피인쇄물의 표면에 그라비아 인쇄를 한다.
건조유닛은 인쇄유닛에서 인쇄된 피인쇄물을 건조시키기 위해 인쇄유닛들 각각에 외부공기를 가열한 열품을 급기하고, 인쇄유닛들에서 피인쇄물을 건조시키는데 사용된 열풍을 외부로 배기한다.
건조유닛은 급기모듈 및 배기모듈을 포함한다. 급기모듈(210)은 인쇄유닛(100)의 일측에 결합되고, 외부공기를 가열한 열풍을 인쇄유닛에 공급한다.
여기서, 급기모듈은 송풍부, 히팅부 및 온도조절부를 포함한다.
송풍부는 외부공기를 인쇄유닛으로 공급하고, 히팅부는 외부로부터 유입된 공기를 가열시킨다.
그리고, 온도조절부는 히팅부를 제어하여 인쇄유닛으로 공급되는 공기의 온도를 조절할 수 있다.
따라서, 계절에 따라 인쇄유닛들로 공급하는 공기의 온도를 조절해 피인쇄물 건조를 위한 최상의 온도를 계절에 관계없이 유지할 수 있어 제품의 불량을 감소시킬 수 있다. 나아가, 겨울철 실내온도 저하로 인한 건조한 실내 환경을 방지할 수 있어 정전기로 인한 화재 발생 또한 방지할 수 있다.
그리고, 배기모듈은 급기모듈의 상측에 배치되고, 인쇄유닛의 상부에 마련되어 피인쇄물 건조를 위해 인쇄유닛에서 사용된 열풍을 외부로 배출시킨다.
이와 같이, 배기모듈이 피인쇄물을 건조하기 위해 인쇄유닛에서 사용된 열풍을 외부로 배출하기 때문에 작업공간의 적정온도를 유지할 수 있고, 나아가 환기효과도 나타낼 수 있어 쾌적한 작업환경을 조성할 수 있다.
게다가, 건조유닛은 흡기모듈 및 배기덕트를 더 포함한다. 흡기모듈은 급기모듈(210)의 하부에 배치되어, 인쇄유닛의 하측에 마련된 인쇄유닛에서 사용하는 잉크의 휘발성 유해물질을 빨아들인다.
따라서, 흡기모듈이 인쇄유닛에서 사용되는 잉크에 포함된 휘발성 유해물질을 빨아들이기 때문에 작업자의 안전을 보장할 수 있어 산업재해 상황을 방지할 수 있다.
또한, 배기덕트는 열풍순환실의 상부에 길이방향으로 한 개가 배치되고, 복수의 배기모듈 및 복수의 흡기모듈과 각각 결합되어 배기모듈에서 흡기된 피인쇄물 건조에 사용된 열풍 및 흡기모듈에서 흡기된 잉크의 휘발성 유해물질을 외부로 배출한다.
따라서, 건조유닛들이 하나의 배기덕트를 공동으로 구비하여 사용하기 때문에 설치비용을 감소시킬 수 있고 설치 시 편의성이 있다.
또한, 분할벽체는 복수의 인쇄유닛을 포함하는 인쇄라인과 복수의 건조유닛을 포함하는 건조라인사이에 마련되어, 건조라인이 배치되는 열풍순환실을 인쇄라인이 배치되는 인쇄실로부터 독립시킨다.
이에 따라, 분할벽체에 의해 열풍순환실이 인쇄실로부터 독립되어, 건조유닛들의 모터 및 팬 등의 작동으로 인해 발생되는 열기가 인쇄실로 전달되지 않아 작업공간의 적정온도를 유지할 수 있습니다. 따라서, 쾌적하고 안전한 작업환경을 조성할 수 있다.
나아가, 분할벽체는 소음을 차단할 수 있는 재질로 이루어져 있다.
그렇기 때문에, 열풍순환실에 배치된 건조유닛들의 팬이나 모터 등이 작동하며 발생되는 소음이 인쇄실로 전달되는 것을 방지할 수 있어, 인쇄실에서의 소음을 안전기준 이하로 유지할 수 있다.
그리고, 열풍순환실은 유입구 및 필터를 포함한다. 유입구는 열풍순환실의 벽에 형성되어 외부공기가 유입되고, 필터는 유입구에 결합되어 유입구로 유입되는 외부공기에 포함된 불순물을 거른다.
이에 따라, 필터가 유입구로 유입되는 외부공기에 포함된 불순물을 걸러, 급기모듈이 청결하고 쾌적한 공기를 인쇄실로 공급할 수 있다.
상기 온도조절부는 인쇄 장치 외부의 온도를 수집하는 제1온도센서 및 인쇄 장치 내부의 온도를 수집하는 제2온도센서를 포함할 수 있다.
상기 온도조절부는 상기 제1온도센서 및 제2온도센서의 온도 차이가 10℃를 초과하는 경우, 히팅부의 예열을 수행할 수 있다. 이로써, 겨울철 외부 온도가 인쇄 장치 내부 온도에 영향을 주어 공정 간 시간이 길어지는 것을 최소화할 수 있으며, 이러한 방식은 에너지 효율을 개선하는 장점이 있다. 상기 온도조절부은 상기 예열을 상기 제1온도센서 및 제2온도센서의 온도 차이가 3℃ 내지 10℃, 예를 들어 5℃ 이하가 되도록 수행할 수 있다.
상기 분리된 인쇄 장치를 적용함으로써, 잉크 사용량을 저감할 수 있으면서도 발색력과 같은 인쇄 품질은 향상시킬 수 있다. 또한, 우수한 건조 특성을 나타낼 수 있다는 장점이 있다.
상기 합지 단계는 인쇄층이 형성된 제1필름에 접착제를 도포하고 제2필름을 합지하는 단계이다. 합지 시, 상기 건조 인쇄층이 상기 제1필름과 상기 제2필름 사이에 위치하도록 각 필름들이 합지될 수 있다. 구체적으로, 상기 합지는 제1필름과 제2필름이 각각의 이송 롤러에 의해 압착 롤러로 이송되면서 상기 압착 롤러에 의해 제1필름과 제2필름이 서로 압착되는 롤투롤 방식의 연속 합지 방법으로 수행될 수 있다. 이때 상기 압착은 열압착일 수 있으며, 압착 온도는 각 필름들이 충분히 합지되어 내구성을 갖는 적층 포장재를 이룰 수 있을 정도로서, 예를 들어 80 내지 170℃일 수 있다.
상기 접착제는 접착제 원액이거나, 접착제 원액과 희석용매를 포함할 수 있다. 상기 접착제 원액은 용제를 포함하지 않거나 접착제 원액 전체 중량 중 5 중량% 이하로 포함하는 무용제 타입의 폴리머 조성물일 수 있다. 상기 접착제 원액은 포장재 분야에서 사용되는 것으로서 기재층 재질의 접착에 적합한 종류가 사용되면 무방하며, 예를 들어 폴리우레탄계 접착제, 폴리이민(Polyimine)계 접착제 등이 사용될 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 폴리우레탄계 접착제로 무용제 타입의 폴리우레탄 접착제 원액이 사용될 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 폴리이민계 접착제는 이민 계열의 수성 타입 앵커 코팅제(Anchor coating)일 수 있으며, 필름간 접착력을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 접착제 원액은 주제와 경화제로 구성되는 2액형일 수 있다. 상기 경화제는 이소시아네이트계 경화제일 수 있으며, 예를 들어 톨루엔 디이소시아네이트(Toluene diisocyanate, TDI) 등을 포함하는 지방족 이소시아네이트계 화합물이 사용될 수 있다. 경화제가 사용될 경우, 포장재의 내구성, 인쇄층의 박리강도 등 전술한 효과를 더 잘 구현할 수 있는 측면에서 주제 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부로 사용될 수 있다. 상기 희석용매는 에탄올 및 메틸 아세테이트 등에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 접착제 원액 및 상기 희석용매의 중량비는 전술한 효과를 구현할 수 있을 정도라면 적절히 조절될 수 있으며, 예를 들어 상기 접착제는 상기 접착제 원액 100 중량부에 대하여 상기 희석용매를 100 내지 1,000 중량부로 포함할 수 있다.
상기 접착제 도포 시 도포량 또는 도포 두께는 제1필름과 제2필름이 부착될 수 있을 정도로서, 예를 들어 300 nm 내지 300 ㎛일 수 있다.
상기 합지는 드라이 라미네이션 또는 압출 라미네이션 방식을 통해 합지된 것일 수 있으며, 이러한 방식은 통상적으로 포장재 제조 시 사용하는 방식과 동일하고, 당업자가 포장재의 구성, 목적 및 환경에 따라 적절히 선택 가능하다.
본 발명에 따른 포장재의 제조 방법은, 상기 합지 단계를 제1합지 단계로 하고, 상기 합지 단계 이후에, 상기 제2필름에 접착제를 도포하고 제3필름을 합지하는 제2합지 단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 예에 따른 포장재의 제조 방법은, 잉크 조성물을 피인쇄물인 제1필름에 그라비아 인쇄하여 인쇄층을 형성하는 인쇄 단계, 상기 인쇄층이 형성된 제1필름에 접착제를 도포하고 제2필름을 합지하는 제1합지 단계 및 상기 제2필름에 접착제를 도포하고 제3필름을 합지하는 제1합지 단계를 포함할 수 있다. 상기 제2합지 단계에서, 합지 시, 제1필름, 제2필름 및 제3필름이 순차적으로 적층되어 합지될 수 있다. 또한 제2합지 단계의 합지는 상기 제1합지 단계와 동일한 방법으로 합지가 수행될 수 있음은 물론이다.
상기 제1필름, 상기 제2필름 또는 상기 제3필름은 포장재 용도이면서 전술한 잉크 조성물이 인쇄될 수 있는 것이라면 무방하며, 예를 들어 일반적인 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 연신폴리프로필렌(Oriented polypropylene, OPP), 무연신 프로필렌(Cast polypropylene, CPP), 선형저밀도 폴리에틸렌(Linear density polyethylene, LLDPE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 증착 폴리에틸렌테레프탈레이트(Vacuum metalized polyethylene terephthalate, VMPET), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 나일론(Nylon) 및 알루미늄(aluminum) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 하지만 이 외에도 다양한 종류의 재질을 갖는 필름이 사용될 수 있음은 물론이다.
이하 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명하나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<잉크 조성물 제조 공정>
비중이 1.4(Specific gravity; g/cm3)인 아조계 유기안료(PY GF-960, 욱성화학) 8.5 kg; 알코올 가용성 폴리우레탄 수지(PU-3300B, iSuo Chem) 9 kg의 바인더 수지; 및 물 27.5 kg 및 에탄올 55 kg으로 구성된 용매;를 25℃ 및 1 atm에서 교반기로 충분히 혼합하여 잉크 조성물을 제조하였다. 상기 폴리우레탄 수지의 비중은 1.08~1.19였다.
<그라비아 인쇄 공정>
1. 전이 공정
롤투롤 방식의 그라비아 인쇄 방법으로 연신폴리프로필렌(5014U, 대한유화주식회사) 재질의 필름(피인쇄물) 일면(인쇄면)에 상기 잉크 조성물을 전이시켜 용매 함유 인쇄층이 형성된 피인쇄물을 수득하였다.
구체적으로, 상기 전이는 상기 잉크 조성물이 외주면에 로딩된 롤 형태의 실린더(선수 : 190 선, 조각 심도 : 15 ㎛)를 상기 필름(피인쇄물)의 일면(인쇄면)에 접촉과 동시에 회전시켰다. 이때 상기 실린더는 중력 방향을 기준으로 상기 필름(피인쇄물)의 상측에 위치하도록, 즉, 중력 방향을 기준으로 상기 필름(피인쇄물)의 상면(인쇄면)에 상기 실린더가 위치하도록 하여 잉크 조성물을 필름(피인쇄물)에 전이시킴으로써, 인쇄면의 타면이 지면을 향한 상태에서 전이가 수행되었다.
2. 건조 공정
상기 용매 함유 인쇄층이 형성된 필름(피인쇄물)을 70℃에서 5 분 동안 열풍기로 열풍 건조를 통해 인쇄층 성분 중 용매를 증발 및 제거하여 건조 인쇄층이 형성된 필름(피인쇄물)을 수득하였다. 이때 열풍기는 중력 방향을 기준으로 상기 필름(피인쇄물)의 상측에 위치하도록, 즉, 중력 방향을 기준으로 상기 필름(피인쇄물)의 상면(인쇄면)에 상기 열풍기가 위치하도록 건조함으로써, 인쇄면의 타면이 지면을 향한 상태에서 건조가 수행되었다.
실시예 1의 잉크 조성물 제조 공정에서 용매로 이소프로판올 0.7 kg 및 노말프로판올 6 kg을 더 혼합하고 물과 에탄올의 함량을 각각 25.5 kg 및 51 kg으로 변경한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 건조 인쇄층이 형성된 필름(피인쇄물)을 수득하였다.
실시예 2의 잉크 조성물 제조 공정에서 바인더 수지로 스티렌-아크릴레이트 수성 에멀젼 공중합체(DT-6085, iSuoChem) 7.5 kg을 더 혼합하고 알코올 가용성 폴리우레탄 수지의 함량을 1.5 kg으로 변경한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일한 방법으로 건조 인쇄층이 형성된 필름(피인쇄물)을 수득하였다.
상기 스티렌-아크릴레이트 수성 에멀젼 공중합체는 물을 연속상으로 공중합체의 함량이 45 중량%이고, 유리전이온도가 -25℃이며, 점도가 500 mPa·s(at 25℃)이다. 또한 상기 공중합체는 pH가 8.5(at 25℃)이고 산가가 53이다.
실시예 3의 그라비아 인쇄 공정(전이 공정 및 건조 공정 모두)에서 인쇄면이 지면을 향한 상태에서 전이 및 건조가 수행된 것을 제외하고, 실시예 3과 동일한 방법으로 건조 인쇄층이 형성된 필름(피인쇄물)을 수득하였다.
구체적으로, 상기 전이 공정에서, 전이는 상기 잉크 조성물이 외주면에 로딩된 롤 형태의 실린더(선수 : 190 선, 조각 심도 : 15 ㎛)를 상기 필름(피인쇄물)의 일면(인쇄면)에 접촉과 동시에 회전시켰다. 이때 상기 실린더는 중력 방향을 기준으로 상기 필름(피인쇄물)의 하측에 위치하도록, 즉, 중력 방향을 기준으로 상기 필름(피인쇄물)의 하면(인쇄면)에 상기 실린더가 위치하도록 하여 잉크 조성물을 필름(피인쇄물)에 전이시킴으로써, 인쇄면이 지면을 향한 상태에서 전이가 수행되었다.
또한 상기 건조 공정에서, 열풍기는 중력 방향을 기준으로 상기 필름(피인쇄물)의 하측에 위치하도록, 즉, 중력 방향을 기준으로 상기 필름(피인쇄물)의 하면(인쇄면)에 상기 열풍기가 위치하도록 건조함으로써, 인쇄면이 지면을 향한 상태에서 건조가 수행되었다.
실시예 4의 잉크 조성물 제조 공정에서 비중이 1.4인 유기안료 대신 비중이 4.3인 무기안료(PANAX RED SG-9600, 욱성화학)를 사용한 것을 제외하고, 실시예 4와 동일한 방법으로 건조 인쇄층이 형성된 필름(피인쇄물)을 수득하였다.
실시예 5의 잉크 조성물 제조 공정에서 비중이 4.3인 무기안료 대신 비중이 5.8인 무기안료(PANAX MolyORENGE 9100, 욱성화학)를 사용한 것을 제외하고, 실시예 5와 동일한 방법으로 건조 인쇄층이 형성된 필름(피인쇄물)을 수득하였다.
[실험예 1] 총 휘발성 유기화합물 시험
실시예 1 내지 실시예 6에서 공정 중 발생하는 휘발성 유기화합물의 총량을 측정하였다. 상기 휘발성 유기화합물은 환경부고시 제2015-181호(2015.9.11)에 고시된 규제대상 화합물이다.
그 결과, 실시예 1 내지 실시예 7의 잉크 조성물 제조 공정 중 발생하는 총 휘발성 유기화합물은 0.002 mg/m2h 미만으로 측정되어, 오차 범위 내에서 실질적으로 휘발성 유기화합물이 거의 발생하지 않음을 확인하였다.
[실험예 2] 판 메임성 시험
실시예 1 내지 실시예 6의 그라비아 인쇄 공정에서 실린더의 셀 내부에 착육되는 잉크 조성물의 정도를 다음의 방법으로 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구체적으로, 각 잉크 조성물을 실시예 1과 동일한 방법으로 그라비아 인쇄를 수행하되, 다수의 피인쇄물을 사용하여 5 시간 동안 그라비아 인쇄를 수행한 후, 실린더의 셀 내부에 착육된 고상의 잉크 조성물을 모두 긁어내어 이의 중량을 측정하였다. 그리고 각 측정된 중량을 1~5 단계로 5 구간으로 나누어(값이 클수록 판 메임이 덜 일어나 우수한 것을 의미) 하기 표 1에 표시하였다.
[실험예 3] 발색력 시험
실시예 1 내지 실시예 6의 필름(피인쇄물)에 형성된 건조 인쇄층에 대한 하기 관계식 1의 발색력(C)을 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[관계식 1]
C(%)=(L/L0)×100
상기 관계식 1에서, C는 발색력이며, L은 해당 인쇄층에 대한 CIELAB 색공간의 색 좌표 L*이며, L0는 해당 인쇄층에 사용된 잉크 조성물의 성분 중 바인더 수지를 제외한 상태로 형성된 인쇄층에 대한 CIELAB 색공간의 색 좌표 L*이다. L0의 경우, 바인더 수지가 배제되었음에 따라 안료가 떨어져 나가지 않도록, 인쇄에서 상기 측정까지 물리적 충격을 최소화한 상태로 측정되었다. 이때 측정은 X-Rite 社 eXactTM 장치로 측정되었다.
상기 CIELAB 색공간의 색 좌표는 분광측색계 장치를 이용하여 CIELAB 색공간의 L*(Brightness), a*(Red, Green), b*(Yellow, Blue)를 측정하는 것으로, 이는 CIE(국제조명위원회(International commission on illumination)에서 규정한 색상값으로 사람눈이 감지할 수 있는 색차와 색공간에서 수치로 표현한 색차를 거의 일치시킬 수 있는 색공간이다.
구성 실시예
1 2 3 4 5 6
잉크 조성물 제조 공정 이소프로판올 X O O O O O
노말프로판올 X O O O O O
스티렌-아크릴레이트 수성 에멀젼 공중합체 X X O O O O
안료 종류 유기 유기 유기 유기 무기 무기
안료 비중(GP) 1.4 1.4 1.4 1.4 4.3 5.8
용매 비중(GS) 0.859 0.859 0.859 0.859 0.859 0.859
GP/GS 1.629 1.629 1.629 1.629 5.004 6.750
그라비아 인쇄 공정 인쇄면과 지면이 대향 X X X O O O
판 메임 저항성(1~5 단계) 1 4 5 5 5 5
발색력(C) 84% 85% 87% 89% 94% 96%

Claims (6)

  1. 잉크 조성물을 피인쇄물인 제1필름에 그라비아 인쇄하여 인쇄층을 형성하는 인쇄 단계 및
    상기 인쇄층이 형성된 제1필름에 접착제를 도포하고 제2필름을 합지하는 합지 단계를 포함하는 포장재의 제조 방법으로서,
    상기 잉크 조성물은,
    a) 안료;
    b) 스티렌-아크릴레이트 수성 에멀젼 공중합체 및 폴리우레탄을 포함하는 바인더 수지; 및
    c) 에탄올, 이소프로판올, 노말프로판올 및 물을 포함하는 용매;를 포함하며,
    상기 스티렌-아크릴레이트 수성 에멀젼 공중합체는,
    물을 연속상으로 공중합체의 함량이 40 내지 50 중량%이며,
    점도가 100 내지 1,000 mPa·s(at 25℃)이며,
    25℃ 기준 pH가 8 내지 9이고 산가가 30 내지 100이며,
    유리전이온도가 -50 내지 0℃인, 포장재의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 잉크 조성물은 상기 안료 3 내지 15 중량%, 상기 바인더 수지 3 내지 15 중량% 및 상기 용매 70 내지 90 중량%를 포함하며,
    상기 용매는 상기 에탄올 100 중량부에 대하여 이소프로판올 0.3 내지 5 중량부, 상기 노말프로판올 5 내지 25 중량부 및 상기 물 30 내지 70 중량부를 포함하는, 포장재의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄 단계는,
    그라비아 인쇄용 실린더를 이용하여 상기 잉크 조성물을 피인쇄물인 제1필름에 로딩하여 용매 함유 인쇄층을 형성하는 전이 단계 및
    상기 제1필름을 건조하여 건조 인쇄층을 형성하는 건조 단계를 포함하며,
    상기 전이 단계 및 상기 건조 단계에서, 상기 제1필름의 인쇄층이 형성된 인쇄면은 지면과 대향하는 상태에서 잉크 조성물의 로딩 및 건조가 순차적으로 수행되는, 포장재의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 안료는 하기 식 1을 만족하는 무기안료인, 포장재의 제조 방법:
    [식 1]
    GP/GS > 4.5
    (상기 식 1에서, GP는 상기 안료의 비중이고, GS는 상기 용매의 비중이다).
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